计算机组成原理试验微程序控制器试验

1、经济管理学院信息管理与信息系统专业班组学号姓名 协作者教师评定实验题目微程序控制器实验1. 实验目的与要求：实验目的：1.理解时序产生器的原理，了解时钟和时序信号的波形；2. 掌握微程序控制器的功能、组成知识；3掌握微指令格式和各字段功能；4.掌握微程序的编制、写入、观察微程序的运行，学习基 本指令的执行流程。实验要求：按练习一要求完成测量波形的操作， 画出TS1、TS2、TS3 TS4的波形，并测出所有的脉冲的周期。按练习二的要 求输入微指令的二进制代码表，并单步运行五条机器指 令。2. 实验方案：1. 用联机软件的逻辑示波器观测时序信号：测量、TS1、TS2 TS3 TS4信号的方法：(1

2、) 按图接线，接一根即可；(2) 把探笔的探头端按颜色分别插到试验仪左上角的 CH1 CH2黑 探头插CH1红探头插CH2将黑探笔的探头插在接线的上孔， 将红探笔的探针夹在TS1两针之间；(3) 将实验仪的STOP开关置为RUN STEP开关置为EXEC “SWITCH UNIT中CLR开关置为1状态，按动STAR按键；(4) 启动“组成原理联机软件”，点击“调试”菜单下的“显示逻辑 示波器窗口”，点击示波器开关，即可在屏幕上看到波形。使用“步数”或“速度”调整波形，波形调整好后，不要用同步通道来稳定波形，应该单击示波器开关，这样整个波形都停下来；(5) 鼠标停留在波形线上，会有时间提示，两者

3、相减可以算出波形 周期；(6) 测完 和TS1后，接着测量TS1 和 TS2,把黑红探针分别夹在 TS1两根针之间和TS2两根针之间，相互比较，可以测量 TS1 和TS2之间相位关系。同理通过测量 TS2 TS3可以测量出TS2 和TS3之间相位关系，同理通过测量 TS3 TS4可以测量出TS3和 TS4 之间相位关系2. 观察微程序控制器的工作原理：（1）关掉实验仪电源，拔掉前面测时序信号的接线，按图连接实验 电路，仔细检查无误后接通电源；（ 2）编程写入 E2PROM 2816A. 将编程开关（MJ20置为PROM状态；B. 将实验板上 STATE UNIT中的STEP置为“ STEP状态

4、，STOP 置为“ RUN状态，“SWITCH UNIT中CLR开关置为1状态；C. 在右下角的“ SWITCH UNIT中UA5-UA0开关上表3.2中某个 要写的微地址；D. 在MK24-MK开关上置表3.2中要写的微地址后面的24位微代 码， 24位开关对应 24位显示灯，开关置为“ 1 时灯亮，开关 置为“ 0 时灯灭；E. 启动时序电路（按动启动按钮START，即将微代码写入到E2PROM 2816的相应地址对应的单元中；F. 重复C-E步骤，将表3.2的每一行写入 E2PROM 2816（ 3）校验A. 将编程开关置为READ犬态；B. 保持STEP STOP CLR开关状态不变，

5、即实验板的 STEP开关置 为“STEP状态，STOP开关置为“ RUN状态，“SWITCH UNIT 中CLR开关置为1状态；C. 在开关UA5-UA0上按表3.2置好要读的某个微地址；D. 按动START键，启动时序电路，就能读出微代码，观察显示灯 MD24-MD的状态，检查读出的微代码是否与写入的相同。如果 不同，将开关置为PRO编程状态，重新执行；E. 重复C-D步骤，将表3.2的每一行从E2PROM28 1中读出来。单步运行五条机器指令：A. 将编程开关置为“ RUN 状态；B. 将 STEP置为“ STEP 状态，STOPS为 ” RUN“状态，” SWITCH UNIT中的CLR

6、开关置为1状态；C. 将“SW-BUS开关置为“ 0”，左下方开关D5-D0置为“ 111111”， D6和D7开关任意；D. 将清零开关CLF从高拔到低，再从低拔到高，即将开关 CLR置 为1 0 1,可发现后续微地址 UA5-UA0丁变为000000, 000000是微指令运行启始地址；E. 按动“ START键，UA5-UA0丁变为010000,这是在读00条微 指令，给出下一条要读的微指令是20。以后每按动一次启动键 “START,都会读出后续微地址指定的一条微指令，微命令显 示灯和微地址显示灯显示着正在所读出的微指令；F. 在UA5-UA（灯变为010000时，可通过实验仪左下方开关

7、 D7-D0 人为强置设置分支地址，将D5-D0置为“ 111111” “ 111100” “ 111111，可发现 UA5-UAC灯从 010000变为 010011, 表示下一个要读的微指令从 010000修改为了 010011;G. 在UA5-UA（灯为010011时，也就是23时，对照微程序流程图， 按动一下“ START键，UA5-UAC灯会变成000001，也就是01, 表示读出了 23条微指令，给出了下一条要读的是01条微指令；H. 在UA5-UA（灯为000001时，也就是01时，对照微程序流程图， 按动一下“ START键，UA5-UAC灯会变成000010,也就是02, 表

8、示读出了 01条微指令，下一步要的是02条微指令；I. 按动“START键，读出02条微指令时，UA5-UA（灯显示为001000 时，在当前条件下，可通过强置端 SE1-SE6相接的D5-D0人为 强置修改分支地址；J. 执行完每个指令的最后一条微指令后，都会回到01微指令，这样才表示执行完了一条指令，同时也表示可以执行新的指令 了；K. 按照上述方法，把所有分支执行一遍。3. 实验结果和数据处理：TSIIS2lS：lTS4通过比较各波形的相互关系可得：脉冲 的周期是TS1, TS2, TS3,TS4各点的周期的1/4,而且在时间为T的条件下，TS1与TS2, TS2与TS3, TS3与TS

9、4各自之间相差1/4周期4. 实验结果分析：二进制微地址S3S2S1SOMCNW/EABCUA5UA09A8A00000000000000011000000100010000000001010000000111101101100000100000100200000000110000000100100000001103000000001110000000000100000100040000000010110000000001010001010500000001101000100000011000011006100101011001101000000001000111070000000011100

10、000000011010010001000000000000100000000000100100111000000011110110110000011001010120000000111101101100001110010111300000001111011011000111000110014000000011110110110010110001101150000001010000010000000010011101600000000111000000000111100111117000000001010000000010101010000200000000111101101100100100

11、1000121000000011110110110010100010010220000000010100000000101110100112300000001100000000000000l01010024000000000010000000011000010101250000011100001010000000010101102600000000110100011000000l01011127000001l1000010100001000001100030000001101000101000010001ADD加法指令为双字长指令，第一字为操作码，第二字为操作 地址，其含义是将R寄存器的内容与

12、内存中以A为地址单元的数相加， 结果放R寄存器。ADD加法指令由7条微指令组成，分别为：01、02、 11、 03、 04、 05、 06。以微指令06为例：微指令功能是DR1+DR2 06微指令S3 S2 S1 S0 M CN的值为“100101”代表算术运算A加B; A字段“ 001 ”起的 作用是选择LDRi, B字段“ 101 ”起的作用是选择ALU-B 06微指令 中UA5-UA0中“ 00000001”代表的含义是后继执行的微地址。（其他 指令的功能均按以上方式解读）5. 写出你掌握了的控制信号的作用1.时钟时序电路时序电路可产生4个等间隔的时序信号Tsi-TS4，其中为钟 信号，

13、由实验台左上方的方波信号源提供， 可产生频率及脉宽可调的方波信号。 可根据实验自行选择方波信号的频率及脉宽。 为了便 于控制程序的运行， 时序电路发生器也设置了一个启停控制触发器Cr,使TSI TS4信号输出可控。2微程序控制电路 微程序控制器的组成,本实验装置的微程序放在二片 2816 的 E2PR0中，只有掉电保护功能，微命令寄存器为18位，由三片8D 触发器（273）和1片4D触发器（175）组成；微地址寄存器6位，用 三片正沿触发的双D触发器（74）组成。它们带有清“ 0”端和预置 端。在不判别测试的情况下, T2 时刻打入微地址寄存器的内容即 为下一条微指令地址。当T4时刻进行测试判

14、别时，转移逻辑满足 条件后输出的负脉冲通过强置端将某触发器置为“ 1”状态,完 成地址修改。在该实验电路中设有一个编程开头 （位于实验板右上方 ）,它具 有二种状态：PROM编程）、READ校验）、RUN运行）。当处于“编 程状态”时,可根据微地址和微指令格将微指令二进制代码写入到 控制存储器 2816 中。当处于“校验状态”时,可以对写入控制存 储器中的二进制代码进行验证, 从而可以断写入的二进制代码是否 正确。当处于“运行状态”时,只要给出微程序的入口微地址,则 可根据微程序流程图自动执行微程序。 图中微地址寄存器输出端增 加了一组三态门,目的是隔离触发器的输出,增加抗干扰能力,并 用来驱

15、动微地址显示灯。3微指令格式一个完整的程序是由若干条指令语句组成的，一条指令义由若 干条微指令组成， 而每一条微指令义由若干微命令及下一条微地址 信号组成。其中UA5-UAO为6位的后续微地址，A、B C三个译 码字段，分别有二个控制位译码出多位。C字段中的AR为算术运算是否影响进位及判零标控控制位，其为零有效。 P(1)-P(4 ) 是四 个测试字位， 其功能是根据机器指令及相应微代码进行译码， 使微 程序输入相应的微地址入口，从而实现微程序的顺序、分支、循环 运行， I7 -I2 为指令寄存器的第 7-2位输出， SE5 - SEl 为微控 器单元微地址锁存器的强置端输出。B字段中的RS-

16、B、RO-B、R1-B 分别为源寄存器选通信号、目的寄存器选通信号及变址寄存器 选通信号，其功能是根据机器指令来进行三个工作寄存器RO、 R1及R2的选通译码，10-14为指令寄存器的第0-4位，LDRi打入工 作寄存器信号的泽码器位能控制位。 P(1 )判别指令代码前四位 (I7 、 16、15、14) ; P(2)判别指令代码12、13位：P(3)判别是否有进位 或值是否为零： P(4) 判别控制台指令 (SWA、 SWB。) LDRi 与指令代 码I0、11译出LDRO LDRI、LDR2 RD-B与指令代码Io、11译出 目的通用寄存器：RS-B与指令代码I2、13译出源通用寄存器： RI-B控制R2-B输出。6. 结论通过实验，能按照如计算机组成原理实验指导书给出的步 骤输入微指令的二进制代码表并单步运行五条机器指令， 且能精确得 出计算机组成原理中所推出的结果。7. 问题与讨论及实验总结问题与讨论：在练习二所要求的输入微指令的二进制代码表的五条机器指令时，没有将编程开关置为 READ校验）状态，致使在校验的时候，读 出的微代码一直不变，后经过改正，实验得以完